UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA
FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL TRABAJO
:
ANALISIS DE TOMENTA ALUMNOS
: MENDOZA RAMOS, Silas MICHA BUENO, Moisés PESANTES LEON, Henrry SILVA DIAZ, Franklin Slim VASQUEZ BENAVIDEZ, Carlos
CURSO
: Hidrología Superficial
DOCENTE
: Ing. LUIS DE FRANCESCH ORTIZ.
CAJAMARCA, JUNIO DEL 2014
UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA
1. INTRODUCCION: Cuando un ingeniero diseña una obra hidráulica es necesario conocer las intensidades máximas de la cuenca con el fin de que las estructuras estén a la altura de los requerimientos de la naturaleza. Para obtener datos confiables es necesario realizar un adecuado estudio hidrológico el cual pueda ser proyectado una determinada cantidad de años generalmente el tiempo de vida útil de las obras. Para realizar un estudio de esta naturaleza es necesario obtener datos de estaciones meteorológicas para posteriormente procesarlos a través de métodos estadísticos tratando que los resultados se acerquen a la realidad. Por otro lado, estudiar las precipitaciones y conocer su distribución temporal es motivo de interés para diversos fines, por ejemplo meteorológicos y edafológicos, como también hidrológicos, al tiempo de lo cual se pueden proporcionar índices para realizar estudios de crecidas o permitir la alimentación de modelos precipitación-escorrentía que permitan mejorar la información disponible, para un adecuado diseño y dimensionamiento de las obras civiles. Para esto, es necesario conocer las intensidades de precipitación, para distintos períodos de retorno.
2. OBJETIVOS: Calcular los elementos fundamentales del análisis de tormentas. Determinar la lluvia acumulada, intervalo de tiempo, lluvia parcial, intensidad. Determinar las intensidades máximas para determinados periodos de duración. Realizar el Hietograma respectivo. Realizar la gráfica de la curva IDF
3. REVISIÓN DE LITERATURA
a) ESTUDIO DE UNA TORMENTA Se entiende por tormenta o borrasca, al conjunto de lluvias que obedecen a una misma perturbación meteorológica y de características bien definidas. De acuerdo a esta definición, una tormenta puede durar desde unos pocos minutos hasta varias horas y aun días, y puede abarcar extensiones de terrenos muy variables, desde pequeñas zonas, hasta vastas regiones.
HIDROLOGIA SUPERFICIAL
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA b) IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS DE TORMENTAS El análisis de tormentas, está íntimamente relacionada con los cálculos o estudios previos, al diseño de obras de ingeniería hidráulica, como son:
Estudio de drenaje.
Determinación de cálculos máximos, que deben pasar por el aliviadero de una represa, o que deben encausarse, para impedir las inundaciones.
Determinación de la luz de un puente.
Conservación de suelos.
Calculo del diámetro de alcantarillas.
c) ANÁLISIS DE LAS TORMENTAS
Uno de los aspectos más importantes sobre la precipitación, es conocer en lo posible la magnitud de las tormentas. Sin embargo, los datos existentes son mínimos, y las inferencias que se pueden establecer a partir de ellos resultan muy referenciales. La data de mayor utilidad que existe para este efecto es la de precipitación máxima mensual para 24 horas. Este dato presenta la lluvia máxima ocurrida en un día del mes considerado, pero es evidente que la cifra debe tomarse con muchas reservas, ya que entre otras razones, el total de la lluvia de un día puede producirse en breves minutos u horas de ese día, lo que aumenta severamente su potencial erosivo e inundable o por el contrario, producirse a lo largo del período de registro, lo que implica un reducido volumen por unidad de tiempo y baja intensidad erosiva, situaciones que no se pueden saber del registro evaluado. Asimismo la máxima mensual no presenta las condiciones de los demás días del mes, y estos tienen distintos efectos según se trate de lluvias fuertes esporádicas, o lluvias de baja intensidad pero diarias. De esta manera, el análisis de tormentas basado en esta data resulta necesariamente referencial. Durante el análisis de las tormentas hay que considerar:
i.
La Intensidad Que es la cantidad de agua caída por unidad de tiempo. Lo que interesa particularmente de cada tormenta es la intensidad máxima que se haya presentado. Es decir, la altura máxima de agua caída por unidad de tiempo. De acuerdo a esto la intensidad se ex presa de la siguiente manera:
HIDROLOGIA SUPERFICIAL
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Se mide habitualmente en mm/h o en l/(s·Ha).La relación de paso entre estas unidades es: 60 mm/h = 166,6667 l/(s·Ha). Como se ha dicho antes, la intensidad de lluvia depende de la duración de la lluvia, por lo que es necesario definir un intervalo de referencia, el cual en proyectos de saneamiento habitualmente se estudia para el caso de lluvias de corta duración (D t<2 horas)
ii.
La Duración Corresponde al tiempo que transcurre entre el comienzo y el fin de la tormenta. Aquí conviene definir el período de duración, que es un determinado período de tiempo tomado en minutos u horas, dentro del total que dura la tormenta. Tiene mucha importancia en la determinación de las intensidades máximas como veremos más adelante. Ambos parámetros se obtienen de un pluviograma o banda pluviográfica, tal como se muestra en la figura.
Ejemplo de una banda pluviográfica
HIDROLOGIA SUPERFICIAL
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA iii.
La Frecuencia Es el número de veces que se repite una tormenta de características de intensidad y duración definidas en un período de tiempo más o menos largo, tomado generalmente en años. Así, se puede decir por ejemplo que; para tal localidad puede presentarse una tormenta de intensidad máxima igual a 56 mm/h con una duración de 30 minutos cada 10 años.
iv.
El Hietograma Esto se consigue mediante el hietograma o histograma de precipitación, que es un gráfico de forma escalonada que representa la variación de la intensidad (en mm/h) de la tormenta en el transcurso de la misma (en minutos u horas). En la Figura se puede ver esta relación que corresponde a la tormenta registrada por el pluviograma.
HIDROLOGIA SUPERFICIAL
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA d) ANÁLISIS DEL VALOR DE LA INTENSIDAD MÁXIMA Definiciones a) Punto hidráulicamente más lejano: Se denomina así a un punto de la cuenca tal que dadas sus condiciones de distancia y pendiente es el último en drenar sus aguas hasta la salida de la cuenca. De dos puntos ubicados a una misma distancia de la salida, drenará más lento aquel ubicado a menor altitud, porque la pendiente de su recorrido es menor. b) Tiempo de concentración: Es aquel tiempo en el cual la gota ubicada en el punto más lejano llega a la salida de la cuenca. Este tiempo de concentración puede variar desde unos pocos minutos hasta una ó más horas, dependiendo fundamentalmente de las condiciones fisiográficas de la cuenca. c) Intensidad máxima: Se considera que la intensidad máxima es la relación im = dP/dt, entonces esta intensidad máxima depende de la magnitud de dt: A mayor período de duración, menor intensidad por unidad de tiempo e inversamente a menor período de duración mayor intensidad. Las lluvias que ocasionan la descarga máxima a una cuenca son aquellas cuya duración es igual al tiempo de concentración.
d) Análisis de frecuencias de las tormentas: Ya se ha visto como se procede para calcular la intensidad y duración de las tormentas; ahora se determinará la frecuencia con que una determinada tormenta se puede repetir en el tiempo. Para esto, se procede a analizar las 2, 3 ó 4 tormentas mayores (mm) de cada año registradas en una localidad siguiendo el procedimiento ya explicado. Es decir, que para cada una de esas tormentas se determina la intensidad máxima en diferentes períodos de duración. La frecuencia se calcula con la siguiente formula:
HIDROLOGIA SUPERFICIAL
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Banda pluviográfica:
HIDROLOGIA SUPERFICIAL
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA 4. MATERIALES Y METODOLOGÍA A. MATERIALES
Banda pluviométrica de la estación Weberbauer
Material de escritorio.
Computadora.
Calculadora.
5. CÁLCULOS Y RESULTADOS: A) Análisis del pluviograma de una tormenta: Hora
Tiempo Acumulado (min)
Lluvia acumulada (mm)
Lluvia Parcial (mm)
Intervalo de tiempo (min)
Intensidad (mm/h)
4.50
0.0
0
0.000
Hr
min
0.00
0.00
1.00 1.00
0.00
60
4.50
0.0
60
0.00
30.00
90
4.80
0.3
30
0.60
15.00
30.00
930
5.00
0.2
840
0.01
16.00 19.00
15.00
975
6.50
1.5
45
2.00
0.00
1140
6.50
0.0
165
0.00
19.00 20.00
50.00
1190
9.00
2.5
50
3.00
50.00
1250
10.00
1.0
60
1.00
24.00
0.00
1440
10.75
0.8
190
0.24
24.00
20.00
1460
10.80
0.1
20
0.15
24.00
30.00
1470
10.90
0.1
10
0.60
28.00 34.00
0.00
1680
11.60
0.7
210
0.20
20.00
2060
11.70
0.1
380
0.02
34.00 35.00
30.00
2070
20.00
8.3
10
49.80
40.00
2140
21.70
1.7
70
1.46
36.00
20.00
2180
21.70
0.0
40
0.00
38.00 38.00
0.00
2280
30.00
8.3
100
4.98
30.00
2310
31.60
1.6
30
3.20
39.00
0.00
2340
31.60
0.0
30
0.00
40.00
0.00
2400
32.15
0.5
60
0.55
41.00
0.00
2460
34.60
2.5
60
2.45
42.00
20.00
2540
34.60
0.0
80
0.00
44.00
0.00
2640
40.00
5.4
100
3.24
44.00
30.00
2670
44.70
4.7
30
9.40
48.00
0.00
2880
44.70
0.0
210
0.00
HIDROLOGIA SUPERFICIAL
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA
50.00
0.00
3000
50.00
5.3
120
2.65
51.00
0.00
3060
50.80
0.8
60
0.80
58.00
0.00
3480
51.00
0.2
420
0.03
58.00
30.00
3510
54.00
3.0
30
6.00
60.00
0.00
3600
55.90
1.9
90
1.27
65.00
30.00
3930
55.90
0.0
330
0.00
67.00
20.00
4040
60.00
4.1
110
2.24
70.00
30.00
4230
70.00
10.0
190
3.16
72.00
0.00
4320
75.00
5.0
90
3.33
72.00
30.00
4350
76.10
1.1
30
2.20
73.00
30.00
4410
77.00
0.9
60
0.90
75.00
40.00
4540
77.30
0.3
130
0.14
76.00
0.00
4560
78.00
0.7
20
2.10
78.00
0.00
4680
78.80
0.8
120
0.40
89.00
30.00
5370
78.90
0.1
690
0.01
90.00
0.00
5400
79.20
0.3
30
0.60
96.00
0.00
5760
79.20
0.0
360
0.00
107.00
0.00
6420
79.20
0.0
660
0.00
107.00
30.00
6450
80.00
0.8
30
1.60
109.00
0.00
6540
80.60
0.6
90
0.40
110.00
0.00
6600
81.80
1.2
60
1.20
110.00
30.00
6630
83.45
1.7
30
3.30
112.00
0.00
6720
83.50
0.0
90
0.03
113.00
30.00
6810
86.60
3.1
90
2.07
119.00
0.00
7140
86.60
0.0
330
0.00
120.00
0.00
7200
86.70
0.1
60
0.10
122.00
0.00
7320
86.70
0.0
120
0.00
123.00
30.00
7410
87.10
0.4
90
0.27
131.00
40.00
7900
87.20
0.1
490
0.01
132.00
0.00
7920
87.50
0.3
20
0.90
134.00
20.00
8060
87.50
0.0
140
0.00
136.00
0.00
8160
90.00
2.5
100
1.50
137.00
0.00
8220
90.00
0.0
60
0.00
138.00
0.00
8280
91.00
1.0
60
1.00
139.00
30.00
8370
91.10
0.1
90
0.07
141.00
30.00
8490
91.30
0.2
120
0.10
144.00
0.00
8640
91.40
0.1
150
0.04
HIDROLOGIA SUPERFICIAL
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B) Hietograma: Datos para realizar hietograma:
HIDROLOGIA SUPERFICIAL
TIEMPO ACUMULADO (min) 0
INTENSIDAD (mm/hr)
60
0.00
90
0.60
930
0.01
975 1140
2.00
1190
3.00
1250 1440
1.00
1460 1470
0.15
1680
0.20
2060
0.02
2070
49.80
2140 2180
1.46
2280 2310
4.98
2340
0.00
2400 2460
0.55
2540
0.00
2640
3.24
2670 2880
9.40
3000
2.65
3060 3480
0.80
3510
6.00
3600
1.27
3930
0.00
4040
2.24
0.00
0.00
0.24 0.60
0.00 3.20
2.45
0.00
0.03
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA
HIDROLOGIA SUPERFICIAL
4230
3.16
4320 4350
3.33
4410
0.90
4540 4560
0.14
4680 5370
0.40
5400
0.60
5760
0.00
6420
0.00
6450 6540
1.60
6600 6630
1.20
6720
0.03
6810 7140
2.07
7200
0.10
7320
0.00
7410 7900
0.27
7920
0.90
8060 8160
0.00
8220
0.00
8280
1.00
8370
0.07
8490
0.10
8640
0.04
2.20
2.10 0.01
0.40 3.30
0.00
0.01
1.50
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA
Hietograma 50.00 45.00 ) 40.00 h / 35.00 m m30.00 ( D A25.00 D I S 20.00 N E T 15.00 N I
10.00 5.00 0.00 0
975 1440 2060 2280 2460 2880 3510 4230 4540 5400 6540 6810 7410 8160 8490
TIEMPO ACUMULADO(min)
C) Intensidades máximas para diferentes duraciones: De las tablas anteriores podemos decir que la intensidad máxima es de 49.8 mm/hr, la cual tiene una duración de 10 minutos, por lo que este valor es el mismo para duraciones menores en nuestro caso: 15, 30, 60, 120, 180. Para obtener para las demás duraciones hemos hecho: I max (15min)
I max (30min)
I max (60min)
I max (120min)
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA I max (180min)
D) Diagrama IDF TIEMPO(min)
INTENSIDAD(mm/hr)
15
36.33
30
22.87
60
15
120
10.075
180
8.285
CURVAS IDF 40 h 35 / m30 m S 25 E D20 A D I S 15 N E 10 T N I 5
0 0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
Duracion
HIDROLOGIA SUPERFICIAL
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA 6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Se ha determinado todos los parámetros del análisis de tormentas.
Se ha logrado realizar la gráfica del hietograma y la curva IDF.
Se realizaron las intensidades máximas, para cada una de las bandas. En la tabla de duración e intensidad máxima se puede observar que a mayor periodo de duración menor es el valor de la intensidad máxima.
7. BIBLIOGRAFÍA
Separatas, Diapositivas y Apuntes de Clase.
Dr. Ing Luis V. Reyes Carrasco, Hidrología Básica, Concytec, 1ª Edición, Lima- Perú, 1992.
Ing. Oswaldo Ortiz Vera, Separata Hidrología de Superficie, Escuela de Postgrado, Cajamarca-Perú, 1994.
Ing. Máximo Villón Béjar, Hidrología, Instituto Tecnológico de Costa Rica
HIDROLOGIA SUPERFICIAL
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